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Caractérisation de l’adhérence des
renforcements locaux sur des structures bois
Travaux expérimentaux et numériques
Département GCE
Association RBR
Julie LARTIGAU
Directeur de thèse : Stéphane Morel
Equipe scientifique : J-L Coureau, P. Galimard , E. Maurin et J-C Mindeguia
Introduction
05/07/2012 Julie Lartigau - Thèse des Bois 2
Introduction Démarche expérimentale Modélisation numérique Conclusions & Perspectives
Réparation
Référentiel règlementaire
Mise en œuvre
Comportement mécanique
Sécurité incendie
Analyse de la fiabilité des réparations
Suivi de la réparation
Réparation par assemblages bois par goujons collés
Suivi dans le temps
ELU (Etat Limite Ultime)
ELS (Etat Limite de Service)
Nombre d’essais
450
Matériels et Méthodes
05/07/2012 Julie Lartigau - Thèse des Bois 3
Bois
Epicéa – ρ = 410 kg/m3
Chêne – ρ = 760 kg/m3
Cubes – a = 50 mm
Renfort
Tige filetée acier
Ø = 8 mm
Qualité : 8.8
Adhésif
2 époxydes bi-composant
e = 2 mm
Etude du comportement mécanique
Caractérisation de l’adhérence (ELU)
Caractérisation de la raideur (ELS)
ASSEMBLAGE ÉLÉMENTAIRE (COLLAGE MIXTE)
Introduction Démarche expérimentale Modélisation numérique Conclusions & Perspectives
Banc de collage
Nombre d’essais
450
Matériels et Méthodes
05/07/2012 Julie Lartigau - Thèse des Bois 4
Dispositif expérimental de mise à l’épreuve
d’un assemblage élémentaire
Bois
Epicéa – ρ = 410 kg/m3
Chêne – ρ = 760 kg/m3
Cubes – a = 50 mm
Renfort
Tige filetée acier
Ø = 8 mm
Qualité : 8.8
Adhésif
2 époxydes bi-composant
e = 2 mm
Etude du comportement mécanique
Caractérisation de l’adhérence (ELU)
Caractérisation de la raideur (ELS)
ASSEMBLAGE ÉLÉMENTAIRE (COLLAGE MIXTE)
Introduction Démarche expérimentale Modélisation numérique Conclusions & Perspectives
Nombre d’essais
450
Matériels et Méthodes
05/07/2012 Julie Lartigau - Thèse des Bois 5
Bois
Epicéa – ρ = 410 kg/m3
Chêne – ρ = 760 kg/m3
Cubes – a = 50 mm
Renfort
Tige filetée acier
Ø = 8 mm
Qualité : 8.8
Adhésif
2 époxydes bi-composant
e = 2 mm
Etude du comportement mécanique
Caractérisation de l’adhérence (ELU)
Caractérisation de la raideur (ELS)
ASSEMBLAGE ÉLÉMENTAIRE (COLLAGE MIXTE)
Introduction Démarche expérimentale Modélisation numérique Conclusions & Perspectives
Essai mené jusqu’à la ruine
Nombre d’essais
450
Matériels et Méthodes
05/07/2012 Julie Lartigau - Thèse des Bois 6
Bois
Epicéa – ρ = 410 kg/m3
Chêne – ρ = 760 kg/m3
Cubes – a = 50 mm
Renfort
Tige filetée acier
Ø = 8 mm
Qualité : 8.8
Adhésif
2 époxydes bi-composant
e = 2 mm
Etude du comportement mécanique
Caractérisation de l’adhérence (ELU)
Caractérisation de la raideur (ELS)
ASSEMBLAGE ÉLÉMENTAIRE (COLLAGE MIXTE)
Introduction Démarche expérimentale Modélisation numérique Conclusions & Perspectives
Essai mené jusqu’à la ruine Réponse des systèmes de mesure pour 20 C
Caractérisation expérimentale des assemblages
05/07/2012 Julie Lartigau - Thèse des Bois 7
Introduction Démarche expérimentale Modélisation numérique Conclusions & Perspectives
Courbe Force/Déplacement expérimentale
Evaluation de la raideur par régression linéaire
Rupture des assemblages en fonction de la température
Adhésif A Adhésif B
05/07/2012 Julie Lartigau - Thèse des Bois 8
Introduction Démarche expérimentale Modélisation numérique Conclusions & Perspectives
T = 30 C
Rupture adhésive
T ≥ 40 C
Rupture cohésive
T = 40 C T = 80 C
20 C ≤ T ≤ 80 C
Rupture adhésive
Adhérence au sein de l’assemblage dépend de la température et du polymère
Contraintes de cisaillement
Adhésif A Adhésif B
05/07/2012 Julie Lartigau - Thèse des Bois 9
7,5
8,3
7,4
4,2
2,5
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
10 20 30 40 50 60 70 80
Co
ntr
ain
te d
e ci
sail
lem
ent
(MP
a)
Température ( C)
6,3 6,3 6,5 6,8
6,3
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
10 20 30 40 50 60 70 80
Co
ntr
ain
te d
e ci
sail
lem
ent
(MP
a)
Température ( C)
Introduction Démarche expérimentale Modélisation numérique Conclusions & Perspectives
Raideurs
Adhésif A Adhésif B
05/07/2012 Julie Lartigau - Thèse des Bois 10
Introduction Démarche expérimentale Modélisation numérique Conclusions & Perspectives
58 713 62 047
61 543
56 957
34 684
0
10 000
20 000
30 000
40 000
50 000
60 000
70 000
80 000
90 000
10 20 30 40 50 60 70 80
Ra
ideu
r (N
/mm
)
Température ( C)
42 494 44 203
19 908
5 467 4 799
0
10 000
20 000
30 000
40 000
50 000
60 000
10 20 30 40 50 60 70 80
Ra
ideu
r (N
/mm
)
Température ( C)
Température de transition vitreuse de l’adhésif
05/07/2012 Julie Lartigau - Thèse des Bois 11
Propriété thermique de l’adhésif primordiale
Essais réalisés au LCPO : Analyse calorimétrique différentielle à balayage
Lien entre propriété intrinsèque à l’adhésif et perte de propriétés mécaniques des
assemblages
Exemple de l’adhésif B : Tg = 58 C
Introduction Démarche expérimentale Modélisation numérique Conclusions & Perspectives
-700
-600
-500
-400
-300
-200
-100
0
100
200
-40 -20 0 20 40 60 80 100 120
flu
x d
e ch
ale
ur
(mW
/g)
température appliquée ( C)
Dispositif expérimental
Analyse mécanique des assemblages
05/07/2012 Julie Lartigau - Thèse des Bois 12
Castem ® 2009
Modèle symétrique
Calibration du modèle en élasticité
Raideur numérique évaluée aux points
expérimentaux
Introduction Démarche expérimentale Modélisation numérique Conclusions & Perspectives
Maillage de l’assemblage
Synoptique de l’analyse inverse
05/07/2012 Julie Lartigau - Thèse des Bois 13
Introduction Démarche expérimentale Modélisation numérique Conclusions & Perspectives
Propriétés du bois Propriétés de l’acier Propriétés de l’adhésif
Vari
ab
les
d’e
ntr
ée
Sort
ie
Synoptique de l’analyse inverse
05/07/2012 Julie Lartigau - Thèse des Bois 14
Introduction Démarche expérimentale Modélisation numérique Conclusions & Perspectives
Propriétés du bois Propriétés de l’acier Propriétés de l’adhésif
EL, ER, ET, GLR
Vari
ab
les
d’e
ntr
ée
Sort
ie
Synoptique de l’analyse inverse
05/07/2012 Julie Lartigau - Thèse des Bois 15
Introduction Démarche expérimentale Modélisation numérique Conclusions & Perspectives
Propriétés du bois Propriétés de l’acier Propriétés de l’adhésif
EL, ER, ET, GLR Module d’élasticité
Vari
ab
les
d’e
ntr
ée
Sort
ie
Synoptique de l’analyse inverse
05/07/2012 Julie Lartigau - Thèse des Bois 16
Introduction Démarche expérimentale Modélisation numérique Conclusions & Perspectives
Propriétés du bois Propriétés de l’acier Propriétés de l’adhésif
EL, ER, ET, GLR Module d’élasticité Module d’élasticité
Vari
ab
les
d’e
ntr
ée
Sort
ie
Synoptique de l’analyse inverse
05/07/2012 Julie Lartigau - Thèse des Bois 17
Introduction Démarche expérimentale Modélisation numérique Conclusions & Perspectives
Propriétés du bois Propriétés de l’acier Propriétés de l’adhésif
EL, ER, ET, GLR Module d’élasticité Module d’élasticité
Vari
ab
les
d’e
ntr
ée
Sort
ie
Synoptique de l’analyse inverse
05/07/2012 Julie Lartigau - Thèse des Bois 18
Introduction Démarche expérimentale Modélisation numérique Conclusions & Perspectives
Propriétés du bois Propriétés de l’acier Propriétés de l’adhésif
EL, ER, ET, GLR Module d’élasticité Module d’élasticité
Raideur numérique / comparaison aux expérimentations
Vari
ab
les
d’e
ntr
ée
Sort
ie
Synoptique de l’analyse inverse
05/07/2012 Julie Lartigau - Thèse des Bois 19
Introduction Démarche expérimentale Modélisation numérique Conclusions & Perspectives
Propriétés du bois Propriétés de l’acier Propriétés de l’adhésif
EL, ER, ET, GLR Module d’élasticité Module d’élasticité
Raideur numérique / comparaison aux expérimentations
Vari
ab
les
d’e
ntr
ée
Sort
ie
Evolution des propriétés élastiques des adhésifs
05/07/2012 Julie Lartigau - Thèse des Bois 20
Introduction Démarche expérimentale Modélisation numérique Conclusions & Perspectives
Tc ( C) Eadhésif (MPa) Perte relative
20 4 100
30 4 100
40 4 100
60 2 000 - 50 %
80 500 - 90 %
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
20 30 40 50 60 70 80 90
Mo
du
le d
’éla
stic
ité
(MP
a)
Température ( C)
Analyse inverse : évolution du module d’élasticité de l’adhésif en fonction de la température
Méthode reproductible pour d’autres adhésifs
Conclusions
05/07/2012 Julie Lartigau - Thèse des Bois 21
Intérêt : diffusion des résultats auprès d’une commission de professionnels (points d’avancement trimestriels)
Développement de méthodes relatives à la caractérisation de la qualité des assemblages collés : Prédiction de la résistance et de la raideur en fonction de la température (températures
sous combles, situation d’incendie)
Mise en place d’un référentiel de connaissances relatives au comportement des assemblages collés mixtes :
Mise en œuvre
Contribution des matériaux
Analyse de la qualité
Rédaction de règles professionnelles
Travail de thèse en relation directe avec l’usage (« timber engineering »)
Introduction Démarche expérimentale Modélisation numérique Conclusions & Perspectives
05/07/2012 Julie Lartigau - Thèse des Bois 22
Calibration de la raideur (expérimentations/modèle)
05/07/2012 Julie Lartigau - Thèse des Bois 23
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
40000 45000 50000 55000 60000 65000 70000 75000 80000 85000
po
urc
enta
ge
raideur (N/mm)
Adhédif B
Comportement au feu : Principes du modèle
05/07/2012 Julie Lartigau - Thèse des Bois 24
Section ¼ section bois avec réservation
Réservation (tige + colle)
Epaisseur de bois
INTERFACE
Comportement au feu : Résultats
05/07/2012 Julie Lartigau - Thèse des Bois 25
Epaisseur de bois : 30 mm
Simulation du champ de températures au bout de 30 minutes
Ep. de bois (mm) Tinterface ( C) t (min)
25 50 15
30 50 20
40 50 33
50 50 47
60 43 60
Température de transition vitreuse de l’adhésif utilisé
Préconisation d’une épaisseur de bois minimale
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